QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT WHEY PROTEIN

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC MỞ TP. HỒ CHÍ MINH
KHOA CÔNG NGHỆ SINH HỌC

ĐỀ TÀI:

QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ
SẢN XUẤT WHEY
PROTEIN
Chuyên ngành: Công Nghệ Thực Phẩm
GVHD: ThS. Như Xuân Thiện Chân
Sinh viên thực hiện:
1)
2)
3)
4)
5)

Lưu Đức Bảo
Nguyễn Thị Phương Linh
Hồ Thượng Ngọc Minh
Nguyễn Vũ Kiều Ngân
Diệp Thúy Vy

1153010044
1153010414
1153010470
1153010514
1153011023

MỤC LỤC

DANH MỤC BẢNG
Bảng 1.1: Thành phần hóa học sữa một số động vật và người (% khối lượng)..............10
Bảng 1.2: Sự thay đổi hàm lượng các chất trong sữa bò (% khối lượng).......................10
Bảng 1.3: Thành phần của whey không pha loãng ........................................................12
Bảng 1.4: Thành phần các protein hòa tan trong sữa bò (Brunner, 1981).......................13
Bảng 1.5: Hàm lượng một số acid amin có trong whey protein concentrate..................18
Bảng 2.1: So sánh hai quy trình sản xuất whey protein concentrate...............................42
Bảng 2.2: So sánh hai quy trình sản xuất whey protein isolate.......................................56


Bảng 3.1: Hàm lượng các acid amin không thay thế (tính trong 100g protein)..............61
Bảng 3.2:Hàm lượng % các acid amin không thay thế (tính trong 100g protein)...........63
Bảng 3.3: Thành phần dinh dưỡng Hydrolyzed whey protein-ISO 100.........................64

DANH MỤC HÌNH
Hình 1.1: Cấu trúc của α-lactalbumin............................................................................14
Hình 1.2: Cấu trúc của β-lactoglobulin..........................................................................15
Hình 1.3: Bề mặt một phân tử IgG.................................................................................16
Hình 1.4: Bề mặt một phân tử IgM................................................................................17
Hình 1.5: Cấu trúc albumin huyết thanh trong sữa bò....................................................18
Hình 2.1: Quy trình tách casein và tách béo trong whey................................................22
Hình 2.2: Thiết bị ly tâm dạng đĩa..................................................................................23


Hình 2.3: Sơ đồ khối quy trình sản xuất whey protein concentrate................................25
Hình 2.4: Quá trình thu nhận whey protein biến tính.....................................................26
Hình 2.5: Thiết bị gia nhiệt dạng bản mỏng...................................................................28
Hình 2.6: Hệ thống sấy phun 2 giai đoạn.......................................................................33

Hình 2.7: Sơ đồ khối quy trình sản xuất whey protein concentrate...............................35
Hình 2.8: Sơ đồ dạng thiết bị quy trình sản xuất whey protein concentrate...................36
Hình 2.9: Thiết bị lọc UF...............................................................................................36
Hình 2.10: Module phân riêng với membrane ceramic..................................................37
Hình 2.11: Thiết bị cô đặc màng chân không một tầng..................................................39
Hình 2.12: Mặt cắt phần trên thiết bị..............................................................................40
Hình 2.13: Sơ đồ khối quy trình sản xuất whey protein isolate......................................43
Hình 2.14: Sơ đồ thiết bị quy trình sản xuất whey protein isolate..................................44
Hình 2.15: Thiết bị lọc MF.............................................................................................49
Hình 2.16: Thiết bị lọc MF theo mô hình cuộn xoắn.....................................................50
Hình 2.17: Sơ đồ khối quy trình sản xuất whey protein isolate......................................51
Hình 2.18: Quá trình hoạt động của hệ thống SMR.......................................................53
Hình 2.19: Sơ đồ hệ thống khử khoáng từ bột whey......................................................54
Hình 3.1: Whey protein concentrate 35 %.....................................................................59
Hình 3.2: Whey protein concentrate 50 %.....................................................................60
Hình 3.3: Whey protein concentrate 80 %.....................................................................61
Hình 3.4: Whey protein isolate 92 %.............................................................................62
Hình 3.5: Whey protein isolate 95 %.............................................................................64
Hình 3.6: Hydrolyzed whey protein – ISO 100..............................................................65
Hình 3.7: Công thức cấu tạo glutathione........................................................................65


ĐẶT VẤN ĐỀ
Whey protein là một thành phần hỗn hợp có nguồn gốc từ sữa. Whey Protein được
chiết xuất trong quá trình sản xuất phô mai từ sữa. Whey protein có giá trị cao nhất trong
việc cung cấp chuỗi amino acid có kết quả xây dựng và duy trì tế bào cơ, rất tốt cho
người tập thể hình. Whey protein thường được bán trên thị trường và tiêu dùng như là chế
độ ăn uống bổ sung. Các loại amino acid có trong whey protein được kết hợp tốt để mang
đến hoạt động tối ưu cho cơ thể, các phản ứng của hormone và tế bào được nâng cao với
sự bổ sung của whey protein. Whey protein đóng vai trò như một chất chống oxi hóa giúp

duy trì hệ thống miễn dịch khỏe mạnh, ứng dụng nhiều trong công nghiệp thực phẩm:
bánh kẹo, bánh mì, bánh nướng, sản phẩm đồ uống, màng bao sản phẩm…
Tổng đầu ra của whey xấp xỉ 120 triệu tấn vào năm 1990, chứa khoảng 0.7 triệu
tấn protein hoàn hảo, bằng với hàm lượng protein hoàn hảo có trong 2 triệu tấn đậu
nành.Cho đến nay, mặc dù lượng protein hoàn hảo không đủ cung cấp cho thế giới nhưng
một lượng lớn dịch whey vẫn bị lãng phí, tỉ lệ lãng phí khoảng 50% trong giai đoạn 1989
– 1990. Chính vì vậy, để tránh lãng phí nguồn sản phẩm phụ từ quá trình sản suất phô mai
nhằm tạo ra sản phẩm whey protein chất lượng cao chúng tôi tiến hành tìm hiểu “Quy
trình công nghệ sản xuất whey protein”.
Mục đích:
-

Tìm hiểu thành phần, cấu tạo, tính chất của whey protein.

-

Tìm hiểu quy trình công nghệ sản xuất whey protein.

-

Tìm hiểu sản phẩm whey protein trên thị trường và ứng dụng.


CHƯƠNG I: TỔNG QUAN
TÀI LIỆU


1.1. Nguyên liệu [2,3, 11]

1.1.1. Giới thiệu về sữa bò
Sữa là một chất lỏng sinh lý được tiết ra từ tuyến vú của động vật và là nguồn thức
ăn để nuôi sống động vật non. Từ xưa con người đã biết sử dụng sữa từ các động vật nuôi
để chế biến thành nhiều loại thực phẩm quý giá. Hiện nay ngành công nghiệp chế biến
sữa trên thế giới tập trung sản xuất trên ba nguồn nguyên liệu chính là sữa bò, sữa dê và
sữa cừu. Ở nước ta sữa bò là nguồn nguyên liệu chủ yếu cho ngành công nghiệp thực
phẩm.
1.1.2. Thành phần hóa học của sữa bò
Sữa là một hỗn hợp các thành phần chính bao gồm nước, lactose,protein và các chất
béo. Ngoài ra, sữa còn chứa một số hợp chất khác với hàm lượng nhỏ như các hợp chất
chứa nitơ phi protein, vitamin, hormone, các chất màu và khí.
Hàm lượng các chất trong sữa có thể dao động trong một khoảng rộng và phụ thuộc vào
nhiều yếu tố như chủng động vật nuôi, tình trạng sinh lý của từng con vật, điều kiện chăn
nuôi (thành phần thức ăn gia súc, chế độ cho ăn, thời tiết,…
Bảng 1.1: Thành phần hóa học sữa của một số động vật và người (% khối lượng)
Động vật
Bò
Dê
Cừu
Ngựa
Người

Protein
tổng
3.4
3.6
5.8
2.2
1.2

Casein

Chất béo

Carbonhydrate

Khoáng

2.8
2.7
4.9
1.3
0.5

3.9
4.1
7.9
1.7
3.8

4.8
4.7
4.5
6.2
7.0

0.8
0.8
0.8
0.5

0.2

Bảng 1.2: Sự thay đổi hàm lượng các chất trong sữa bò (% khối lượng)
Các thành phần chính
Nước
Tổng các chất khô
-Lactose
-Protein
-Chất béo
-Khoáng

Khoảng biến thiên
85.5 ÷ 89.5
10.5 ÷ 14.5
3.6 ÷ 5.5
2.9 ÷ 5.0
2.5 ÷ 6.0
0.6 ÷ 0.9

Giá trị trung bình
87.5
13.0
4.8
3.4
3.9
0.8


1.2. Whey [2]
1.2.1. Định nghĩa

Whey – chất lỏng được tách ra từ quá trình sản xuất phô mai và casein – là một
trong những nguồn protein thực phẩm lớn nhất vẫn còn phổ biến ở ngoài kênh tiêu thụ
của con người. Tổng đầu ra của whey, xấp xỉ 120 triệu tấn vào năm 1990, chứa khoảng
0.7 triệu tấn protein hoàn hảo, bằng với hàm lượng protein hoàn hảo có trong 2 triệu tấn
đậu nành.
Whey là sản phẩm phụ của quá trình sản xuất phô mai cứng, bán cứng, phô mai
mềm và casein đông tụ – còn gọi là whey ngọt – có pH từ 5.9 – 6.6. Quá trình sản xuất
acid khoáng làm kết tủa casein, sinh ra whey acid có pH từ 4.3 – 4.6.
Cho đến nay, mặc dù lượng protein hoàn hảo không đủ cung cấp cho thế giới nhưng
một lượng lớn dịch whey vẫn bị lãng phí, tỉ lệ lãng phí khoảng 50% trong giai đoạn 1989
– 1990.
1.2.2. Thành phần whey
Whey chiếm 80 – 90% tổng thể tích của sữa được đưa vào sản xuất và chứa khoảng
50% chất dinh dưỡng có nguồn gốc từ sữa nguyên chất như: protein hòa tan, lactose,
vitamin và khoáng.
Whey thường được pha loãng với nước.

Bảng 1.3: Thành phần của whey không pha loãng.


Mặc dù whey chứa những chất dinh dưỡng có giá trị, nhưng chỉ những năm gần đây
các quy trình thương mại mới phát triển để sản xuất sản phẩm whey chất lượng cao.
1.2.3. Tính chất
Whey là 1 phần chất lỏng có trong sữa, được tách ra từ khối sữa đông trong quá
trình sản xuất phô mai.
Whey có tính ăn mòn. Vật liệu thích hợp cho các vật dụng chứa dịch whey là nhựa,
thuỷ tinh, thép không rỉ và gỗ.
Whey rất mau hư hỏng. Nếu để trên 36 giờ mà không có phương pháp bảo quản
thích hợp, dịch whey trở nên chua (pH giảm) do các phản ứng thuỷ phân tạo nên acid
lactic.

1.3. Whey protein [2]
1.3.1. Định nghĩa
Whey protein là một protein hoàn hảo với chất lượng rất cao, nó chứa một lượng lớn
tất cả các acid amin không thay thế, do đó nó thường được xem là “tiêu chuẩn vàng”
(gold standard) trong việc đánh giá chất lượng của protein.
Whey protein có trong sữa. Sữa có 2 dạng protein là casein và whey protein. Whey
protein tự nhiên có dạng hình cầu, khả năng hòa tan cao hơn casein và có chất lượng cao
hơn.
Thành phần protein trong sữa bò: casein chiếm 80% và whey protein chiếm 20%.
1.3.2. Thành phần whey protein
Bảng 1.4: Thành phần các protein hòa tan trong sữa bò (Brunner, 1981)
Tên protein

Hàm lượng
(% tổng khối

Kiểu gen

Phân tử lượng
(Da)

Ghi chú


α-lactalbumin

lượng protein
trong sữa)
2÷5

A, B

14.200

β-lactoglobulin

7 ÷ 12

A, B, C, D, D1

18.000

Proteosepeptone

2÷4

Immunoglobuli
n

1.9 ÷ 3.3

Serum-albumin

0.7 ÷ 1.3

4.00 ÷ 40.000
IgG1, IgG2
IgA
IgM

Phân tử gồm
123 gốc acid
amin
Phân tử gồm
162 gốc acid
amin
Là sản phẩm
thủy phân từ
β-casein

162.000, 152.000
400.000
950.000
66.300

Phân tử gồm
542 gốc acid
amin

1.3.2.1. α- lactalbumin
Protein dạng hình cầu. Cấu trúc của nó gần giống như lysozyme. α-lactalbumin là
một metalloprotein. Trong mỗi phân tử có chứa một nguyên tử calci. α-lactalbumin là
một protein có giá trị dinh dưỡng cao. Thành phần các acid amin trong phân tử của nó rất
cân đối.
Trọng lượng phân tử là 14.200 Da, điểm đẳng điện từ 4.2-4.5. Một trong những
khác biệt về cấu trúc chính với β-lactoglobulin là nó không có bất kỳ nhóm thiol tự do là
điểm khởi đầu cho một phản ứng kết hợp cộng hóa trị. Kết quả là, α-lactalbumin tinh
khiết sẽ không tạo dạng gel khi làm biến tính và axit hóa.
Protein này được xem là whey protein đặc trưng. Nó có trong sữa của mọi động vật
có vú và đóng vai trò quan trọng trong quá trình tổng hợp lactose (đường sữa).

Hình 1.1: Cấu trúc của α-lactalbumin
( />1.3.2.2. β- lactoglobulin
Cấu trúc bậc hai gồm 10÷50% xoắn α, 20÷30% lá xếp β, 50÷60% vòng cung β và
phần còn lại với cấu trúc không trật tự. β-lactoglobulin có dạng hình cầu. Các gốc phân
cực, không phân cực và các gốc ion hóa được phân bố đều trong phân tử, riêng các gốc
ưa béo tập trung chủ yếu ở phần bên trong của cấu trúc hình cầu nên β-lactoglobulin ít
tương tác hoặc kết hợp với các phân tử khác.
β-lactoglobulin là đạm sữa lớn của sữa bò (~ 3 g/l), và cũng có mặt ở nhiều loài
động vật có vú khác.
Khi đun nóng đến 800C, bi đông tụ dễ dàng.Sự đông tụ xảy ra theo 2 giai đoạn:
 Giai đoạn 1(65-700C): kèm theo sự thay đổi cấu hình protein liên quan tới sự dãn

ra của các polypeptit của globulin.
 Giai đoạn 2: Đông tụ tạo thành gel,xảy ra sự liên hợp tao thành cầu disunfua do
các nhóm tiol tự do trong cùng một phân tử hoặc giữa các phân tử. Ở nhiệt độ
cao ,các hợp chất chứa lưu huỳnh được giải phóng tạo thành mùi nấu cho sữa.
Renin không đông tụ β-lactoglobulin ở điều kiện thường nhưng β-lactoglobulin bị
biến tính ở nhiệt độ cao nên khi lên men sau đó β-lactoglobulin sẽ chuyển vào
quện sữa.


Hình 1.2: Cấu trúc của β-lactoglobulin
( />1.3.2.3. Proteose-peptone
Bao gồm những phân đoạn protein khác nhau. Chúng là sản phẩm thủy phân từ βcasein bởi plasmine. Cùng với γ-casein, đến nay người ta đã tìm thấy được ba phân đoạn
khác nhau proteose-peptone từ quá trình thủy phân trên.
1.3.2.4. Immunoglobulin
Đến nay vẫn chưa có nhiều công trình nghiên cứu sâu về nhóm protein này. Hầu hết
các Immunoglobulin được tổng hợp bởi bạch cầu lymphocyte B. Người ta đã tìm thấy ba

loại Immunoglobulin trong sữa bò là IgG, IgA và IgM.
Trong số các Immunoglobulin, IgG được tìm thấy với hàm lượng cao nhất. Trong
sữa non, hàm lượng IgG1 có thể chiếm đến 80 % tổng khối lượng các protein hòa tan
trong sữa.


Hình 1.3: Bề mặt một phân tử IgG
( />IgM là một glyco-protein. Theo Rebadeau-Dumas (1981), cả IgG và IgM đều hoạt
động như những kháng thể theo cùng một cơ chế là liên kết với kháng nguyên và tạo ra
mạng lưới không gian ba chiều không tan.

Hình 1.4: Bề mặt một phân tử IgM
( />IgA cũng có thể tìm thấy trong nước mắt và các dịch tiêu hóa . Nó có chức năng
chống nhiễm trùng đường ruột.


Bê khi mới sinh ra không có ba loại immunoglobulin IgG, IgM và IgA. Tuy nhiên
sữa non của bò rất giàu ba loại kháng thể trên. Immunoglobulin được tìm thấy trong máu
hoặc chất dịch cơ thể khác của động vật có xương sống, và được sử dụng bởi hệ thống
miễn dịch để xác định và trung hòa các đối tượng ngoài, chẳng hạn như vi khuẩn và
virus. Immunoglobulin giữ vai trò quan trọng trong việc bảo vệ động vật sơ sinh (kể cả
con người) chống lại vi khuẩn và bênh tật.
1.3.2.5. Serum-albumin
Là một protein phân tử lượng lớn có nguồn gốc từ máu và không đặc trưng cho sữa.
Thành phần của nó gồm có tất cả 542 gốc acid amin, trong đó 136 acid amin có tính acid
và 52 acid amin có tính kiềm. Serum-albumin rất mẫn cảm với nhiệt độ.

Hình 1.5: Cấu trúc albumin huyết thanh trong sữa bò
( />

1.3.3. Whey protein concentrate
Whey protein concentrate chứa từ 30 – 80% protein tùy thuộc vào sản phẩm, nó
được sản xuất từ whey.
Whey protein concentrate sử dụng những phương pháp tiết kiệm hơn (sử dụng thiết
bị siêu lọc) để loại bỏ các thành phần không mong muốn của whey như lactose,
carbohydrate, natri, cholesterol và chất béo khi so với whey protein isolate.
Bảng 1.5: Hàm lượng một số acid amin có trong whey protein concentrate
Acid amin
Lysine
Histadine
Arginine
Acid aspartic
Threonine
Serine
Acid glutamic
Proline
Glycine
Alanine
Valine
Methionine
Isoleucine
Leucine
Tyrosine
Phenylalanin
Tryptophan
Cystine
1.3.4. Whey protein
Whey
protein Tổng cộng

Hàm lượng (g/100g)
4.9
1.1
1.7
5.6
3.6
3
9.2
3
1.1
2.7
2.9
1.2
2.8
6.1
1.9
2.1
0.9
1.3
isolate
55
isolate là dạng tinh

sạch nhất và cô đặc của whey protein sẵn có. Nó chứa hơn 90% hàm lượng protein , trong
khi hàm lượng chất béo và lactose lại chiếm rất ít.
Whey protein isolate có chất lượng cao hơn whey protein concentrate do sử dụng
thiết bị tiên tiến hơn (thiết bị trao đổi ion).


CHƯƠNG II: QUY TRÌNH

CÔNG NGHỆ


2.1. Xử lý whey trước khi đưa vào sản xuất [4,5]
Trước khi đưa vào quy trình sản xuất để tạo ra các sản phẩm từ whey, ta phải có quá
trình xử lý whey trước gồm tách béo và casein sót, sau đó làm lạnh hoặc thanh trùng.
2.1.1. Bảo quản whey sau khi thu nhận
Whey phải được xử lý ngay sau khi thu nhận vì thành phần hóa học của whey thích
hợp cho sự phát triển của vi khuẩn. Do đó, có thể làm lạnh nhanh dịch whey xuống 5 oC
để hạn chế sự phát triển của vi khuẩn.
Nếu được cho phép, whey có thể được bảo quản bằng NaH 2PO4, hay SO2 0.4%,
H2O2 0.2% hoặc dung dịch H2O2 30%.
2.1.2. Tách béo và casein sót
Casein luôn tồn tại trong dịch whey do quá trình đông tụ chưa hoàn toàn. Chúng ảnh
hưởng đến quá trình tách béo, do đó phải được tách ra trước. Có thể áp dụng nhiều
phương pháp tách, chẳng hạn như tách bằng ly tâm hoặc lọc.
Chất béo được tách bằng thiết bị ly tâm.
Casein thường được nén cùng một cách như phô mai, sau đó có thể sử dụng trong
chế biến phô mai, cũng như có thể dùng trong nấu ăn sau khi đã ủ chín.
Whey cream có hàm lượng chất béo từ 25 – 30 %, có thể tái sử dụng trong quá trình
sản xuất phô mai để chuẩn hóa sữa phô mai, điều này làm cho cream tươi có chất lượng
phù hợp dùng trong sản phẩm cream đặc biệt.


Bồn chứa dịch whey
Thiết bị trao đổi nhiệt dạng bản mỏng
Thiết bị lọc ly tâm
Bồn thu hồi casein
Thiết bị ly tâm tách cream
Bồn chứa cream

Dịch whey thu được để xử lý tiếp

1
2
3
4
5
6
7

Whey
Casein
Cream
Môi trường nhiệt

Hình 2.1: Quy trình tách casein và tách béo trong whey
 Mục đích:
•

Chuẩn bị:
Chuẩn bị cho quá trình thu nhận protein.

•

Chế biến:
Thu nhận casein và whey cream trong whey.

•

Bảo quản:

Giảm thiểu các phản ứng oxy hóa chất béo và đông tụ casein trong quá trình bảo
quản và chế biến whey nguyên liệu.
 Những biến đổi trong quá trình:

•

Biến đổi vật lý:
Thay đổi khối lượng riêng, tỷ trọng.

•

Biến đổi hóa học:
Giảm hàm lượng chất béo, hàm lượng casein.

•

Biến đổi hóa lý:
Dịch whey trở nên đồng nhất.


•

Các biến đổi khác không đáng kể.
 Thiết bị: thiết bị ly tâm dạng đĩa

4

2

5

1
3

Thùng quay
Đĩa quay
Cửa nạp nguyên liệu
Cửa ra cho sản phẩm tỷ trọng thấp (whey cream và casein)
Cửa ra cho sản phẩm tỷ trọng cao (whey đã tách béo)
Hình 2.2: Thiết bị ly tâm dạng đĩa

1
2
3
4
5

•

Nguyên lý hoạt động:
Đây là dạng thiết bị hoạt động liên tục.
Dịch whey được nạp vào máy ly tâm, dưới tác dụng của lực ly tâm, dịch whey bị
tách thành 2 phần: phần whey cream và casein (hàm lượng chất béo cao nên có khối
lượng riêng nhỏ) chuyển động về phía tâm của trục thùng quay, phần whey đã tách kiệt
béo (hàm lượng chất béo rất thấp nên có khối lượng riêng lớn) chuyển động về phía biên
của thùng quay. Tốc độ quay của thiết bị phải ổn định thì mới tách kiệt béo trong dịch
whey.


Cuối cùng, ta thu được 2 dòng sản phẩm: dòng whey cream – casein và dòng

dịch whey đã tách kiệt béo theo các kênh riêng thoát ra ngoài.
•

Ưu điểm:
Thiết bị hoạt động liên tục nên năng suất cao.
Chất lượng sản phẩm cao do không dùng nhiệt, vì khi dùng nhiệt thì các cấu tử
mẫn cảm với nhiệt sẽ bị tổn thất.
Tiết kiệm năng lượng do không tốn chi phí cho quá trình xử lý nhiệt.

•

Nhược điểm:
Không tiêu diệt hay ức chế vi sinh vật.
 Thông số công nghệ:

Hàm lượng casein và whey cream trong dịch tách được: 55%.
Tốc độ ly tâm: 2000 – 3000 vòng/phút.
Thời gian ly tâm: 10 – 15 phút.
2.1.3. Làm lạnh hay thanh trùng
Whey được dự trữ để chế biến cần được làm lạnh hay thanh trùng ngay khi chất béo
được tách ra.
Để bảo quản whey trong thời gian ngắn (10 – 15 giờ), có thể làm lạnh dịch whey để
ức chế sự phát triển của vi khuẩn.
Để bảo quản whey trong thời gian dài, ta phải thanh trùng dịch whey.
Làm lạnh và thanh trùng đều sử dung thiết bị trao đổi nhiệt bản mỏng.
Làm lạnh đến 40C để bảo quản.
Thanh trùng: Giữ dịch whey ở nhiệt độ 63 – 650C trong 15 phút.
2.2. Quy trình sản xuất whey protein concentrate [1,5,8]
2.2.1 Quy trình 1

Whey đã xử lý

Gia nhiệt
Phun hơi
Acid

Hạ pH

Làm nguội

Cô đặc
Sấy

Whey protein concentrate

Hình 2.3: Sơ đồ khối quy trình sản xuất whey protein concentrate

2.2.2. Giải thích quy trình 1
Quy trình trên gồm 2 quá trình chính là thu nhận protein và sấy dịch thu nhận được.


2.2.2.1. Thu nhận protein
Nhìn chung, whey protein không thể bị kết tủa bởi men dịch vị hoặc acid. Tuy
nhiên, có thể làm kết tủa whey protein với acid nếu làm biến tính chúng trước bởi nhiệt.
Quá trình này chia làm 2 giai đoạn:
-

Kết tủa protein bởi sự kết hợp của xử lý nhiệt và pH hợp lý.

-

Cô đặc protein bằng ly tâm.

1
2
3
4
5
6
7

Bồn chứa whey
Thiết bị trao đổi nhiệt dạng bản mỏng
Bơm phun hơi nước
Hệ thống ống giữ nhiệt
Bồn chứa acid
Thiết bị lọc
Bồn thu nhận whey protein biến tính

Hình 2.4: Quá trình thu nhận whey protein biến tính
2.2.2.2. Gia nhiệt
 Mục đích:
• Chuẩn bị:

Tăng nhiệt độ sơ bộ dịch whey để chuẩn bị cho quá trình phun hơi.
 Những biến đổi trong quá trình:


•

Biến đổi vật lý:
Nhiệt độ dịch whey tăng.

•

Biến đổi hóa sinh:
Một phần enzyme bị vô hoạt.
 Thiết bị: thiết bị trao đổi nhiệt dạng bản mỏng
• Cấu tạo:

Thiết bị trao đổi nhiệt dạng bản mỏng được cấu tạo bởi nhiều đĩa truyền nhiệt rất
mỏng, gấp nếp, làm bằng thép không rỉ gắn chặt vào nhau trong khung. Các nếp gấp giúp
cho đĩa chống lại sự chênh lệch áp suất, tăng diện tích truyền nhiệt và tạo nên dòng chảy
rối trong đường dẫn. Cứ lần lượt như thế, sự chuyển động của dòng chảy rối mang lại
hiệu suất truyển nhiệt cao, đây chính là ưu điểm của thiết bị trao đổi nhiệt dạng bản mỏng
so với thiết bị trao đổi nhiệt dạng vỏ ống truyền thống.
• Nguyên lý hoạt động:

Cứ mỗi giây, ống dẫn mở ra cho lưu chất chảy vào. Giữa mỗi cặp đĩa có một
miếng đệm cao su, để ngăn cản lưu chất hòa lẫn vào nhau hoặc rỉ ra bên ngoài. Vì thế,
nhiệt được truyền từ lưu chất nóng sang lưu chất lạnh qua các đĩa mỏng làm bằng thép
không rỉ.


Hình 2.5: Thiết bị gia nhiệt dạng bản mỏng
•

Ưu điểm:

Sử dụng vật liệu mỏng nhất cho bề mặt truyển nhiệt nên quá trình truyền nhiệt
đạt tối ưu.
Ngoài ra, dòng chảy rối trong môi trường giúp cho quá trình đối lưu diễn ra
thuận lợi hơn, dẫn đến tăng hiệu quả truyền nhiệt giữa các môi trường.
Hệ quả của hệ số truyền nhiệt cao trên từng khu vực không chỉ đòi hỏi một bề
mặt truyền nhiệt nhỏ hơn mà còn mang lại hiệu quả cao trong quá trình chế biến.
Sự chảy rối mạnh giúp khả năng tự lau sạch hiệu quả hơn, giảm thiểu sự đóng
cặn trên bề mặt truyền nhiệt. Điều này có nghĩa là thiết bị trao đổi nhiệt dạng bản mỏng
giữ cho thời gian bảo dưỡng được lâu hơn.
Vì thiết bị trao đổi nhiệt dạng bản mỏng được cấu tạo bởi một khung chứa các
đĩa, nên ta có thể thêm nhiều đĩa vào khung để tăng năng suất, và có thể tách các đĩa ra dễ
dàng khi vệ sinh thiết bị.
•

Nhược điểm:
Không làm việc dưới áp suất cao và không thích hợp cho quá trình chế biến các
sản phẩm dạng nhão và dạng hạt.
Những nếp gấp trên đĩa tạo nên những điểm tiếp xúc mà tại đó đòi hỏi độ cứng,
và những điểm “tựa” được tạo nên đã giữ các chất dạng bột nhão và dạng hạt ở lại đó. Vì
thế, giữ cho thiết bị trao đổi nhiệt dạng bản mỏng sạch trước khi chạy sản phẩm mới là
điều vô cùng khó khăn, thậm chí bất khả thi.
 Thông số công nghệ: